Vědci vyřešili záhadu, která je klíčem k pochopení vzniku vesmíru

Představ si, že sedíš v laboratoři a koukáš se na data z urychlovače částic. Najednou vidíš něco, co tvoje teorie vůbec nepředpovídaly. Podivný přebytek záření gama vylétávající z atomů zinku — a nikdo neví proč. Matoucí? Jsi v dobré společnosti. Desítky let si s tím fyzici po celém světě lámaly hlavu.

No, drž se pevně, protože vědci z Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) na Michiganské státní univerzitě tenhle vesmírný rébus právě rozlouskli. A upřímně? Řešení je daleko zajímavější, než bys čekal.

Co přesně vědci pozorovali?

Gama záření? V podstatě jde o superenergické světlo. Když jádro atomu — tedy jeho střed — přejde z nadšeného stavu do klidnějšího, vyzáří právě tohle světlo. Vědci měří, jak často se to děje při různých energiích. Prostě sledují, jak často se něco děje na různé intenzitě.

Tady to ale začíná být divné. U některých atomů se objevuje víc nízkoenergetického gama záření, než kdokoli předpověděl. Tento záhadný přebytek dostal dokonce vytříbený název — „nízkoenergetické zvýšení" (low-energy enhancement). A roky nikdo nevěděl proč.

„Vůbec jsme to nepredikovali," vysvětluje Eleanor Ronning, hlavní autorka nové studie, dnes působící v Národním institutu pro jadernou fyziku v Itálii. „Byla to docela šok, když se to poprvé objevilo."

Záhada zinku-70 je vyřešená

Tým se zaměřil konkrétně na zinek-70 — zní to jako název kapely, ale ve skutečnosti jde o specifický typ atomu zinku. Pomocí skutečně působivých experimentálních postupů a analytických technik, na jejichž vývoj padlo přes deset let, objevili něco fascinujícího:

Přebytečné gama záření nepochází z běžných „elektrických" přechodů uvnitř jádra. Místo toho ho produkují takzvané magnetické přechody.

Představ si to takhle: sleduješ tanečnice v klubu (jádro atomu). Obvykle se pohybují způsobem, který vytváří určitý vzor světla. Ale občas provedou točivý, magnetický pohyb, který vytvoří extra záři. Přibližně to se děje — jen na subatomární úrovni.

Proč by ti to mělo být jedno?

Tady to začíná být opravdu zajímavé. Není to jen kuriozita o zinku. Nízkoenergetické zvýšení ovlivňuje, jak rychle probíhají určité jaderné reakce — a právě tyto reakce jsou zodpovědné za vznik těžkých prvků rozesetých po celém vesmíru.

Tyhle úžasné exploze supernových, které označují smrt hvězd? A neuvěřitelně násilné srážky neutronových hvězd, které zachycují detektory gravitačních vln? Tyto kosmické události jsou v podstatě továrny na prvky. Drtí lehčí atomy dohromady a budují těžší — jako zlato, platina, uran a všechno těžší než železo.

Tady je propojení: když vědci modelují tyto kosmické pece, potřebují vědět, jak rychle různé jaderné reakce probíhají. Nízkoenergetické zvýšení může tyto reakční rychlosti výrazně změnit. Teď, když rozumíme mechanismu, naše modely toho, jak vesmír vytváří všechny ty těžké prvky — které najdeš ve šperkách nebo součástkách smartphonu — budou mnohem přesnější.

Desetiletý hon

Co mě na tomhle příběhu fascinuje nejvíc, není jen objev — je to vytrvalost. Výzkumný tým strávil víc než deset let vývojem nových experimentálních technik a analytických metod, aby přesně změřili, co se děje. To je odhodlání pochopit něco skutečně znepokojivého.

„Použili jsme novátorskou experimentální techniku, která kombinuje specializované přístroje způsobem, který efektivně využíval celé zařízení," říká Sean Liddick, jeden z výzkumníků. „Je vzrušující vidět, že ta snaha vedla k tak jasnému výsledku."

Tento druh fundamentálního výzkumu mi připomíná, proč je věda tak fascinující. Někdy se snažíš pochopit, proč se atomy zinku chovají divně, a nakonec zjistíš, že se vlastně koukáš na stejné procesy, které vytvořily vápník v tvých kostech nebo železo v tvé krvi.

Vesmír je šílený, když se nad tím zamyslíš. A někde tam venku obří exploze stále kují nové prvky, jednu jadernou reakci za druhou. Teď díky chytrým experimentům se zinkem jsme o krok blíž k pochopení toho, jak ta kosmická alchymie funguje.

Docela vychytané, co?